Question

【题目】镓是制作高性能半导体的重要原料。在工业上经常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知锌矿渣中含有Zn、Fe、Pb、Ga以及二氧化硅等，目前综合利用锌矿渣的流程如下：

已知：①Ga性质与铝相似。

②lg2=0.3，lg3=0.48。

③如下表所示。

	Zn(OH)2	Ga(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp	1.6×10-17	2.7×10-31	8×10-16	2.8×10-39

（1）写出Ga的原子结构示意图______________________________。

（2）滤渣1的成分为________________________。

（3）加入H2O2的目的( 用离子方程式和适当语言回答) ____________________________________。

（4）室温条件下，若浸出液中各种阳离子的浓度均为0.01mo/L且某种离子浓度小于1×10-5 mol/L即认为该离子已完全除去，问操作B调节pH的范围是________________________。

（5）操作C中，需要加入氢氧化钠溶液，其目的是_____________________ (用离子方程式解释)；能否用氨水代替NaOH溶液，为什么? ________________________；如何检测Fe(OH)3洗涤干净? ________________________。

（6）在工业上，经常用电解NaGaO2溶液的方法生产Ga，写出阴极的电极反应方程式：____________________________________。

Answer 1

【答案】 SiO2 PbSO4 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，防止生成Fe(OH)2 5.48≤pH＜.6.6 Ga(OH)3+OH-=CaO2-+2H2O 不能，因为NH3·H2O 为弱碱，与Ga(OH)3不反应 取最后一次洗涤的滤液，用pH试纸测试pH值，若为中性则洗涤干净 GaO2 -+2H2O+3e-=Ga+4OH-

【解析】试题分析：本题以锌矿渣的综合利用流程为载体，考查流程的分析、原子结构示意图和离子方程式的书写、溶度积的计算和溶液pH的控制、电解原理。Ga的性质与Al相似，锌矿渣中加入H2SO4，充分反应，其中Zn、Fe、Ga转化为可溶于水的ZnSO4、FeSO4、Ga2（SO4）3，Pb转化成难溶于水的PbSO4，SiO2与H2SO4不反应，经过滤得到的滤渣1中成分为PbSO4、SiO2；向浸出液中加入H2O2，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，然后调节溶液的pH使Fe3+、Ga3+转化为氢氧化物沉淀与Zn2+分离；滤渣2的成分为Fe（OH）3和Ga（OH）3，根据图示应向滤渣2中加入NaOH使Ga（OH）3溶解转化为NaGaO2。

（1）Ga位于元素周期表中第四周期IIIA族，原子序数为31，Ga的原子结构示意图为。

（2）根据上述分析，滤渣1的成分为SiO2、PbSO4。

（3）Fe2+具有还原性，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，加入H2O2的目的是：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O2，防止生成Fe（OH）2沉淀。

（4）操作B调节pH的目的是：将Fe3+、Ga3+完全转化为氢氧化物沉淀，Zn2+不形成Zn（OH）2沉淀。Ga（OH）3、Fe（OH）3属于同种类型且Ksp[Ga（OH）3] Ksp[Fe（OH）3]，Ga3+完全沉淀时Fe3+已经完全沉淀，Ga3+完全沉淀时c（Ga3+）110-5mol/L，c（OH-）===310-9mol/L，c（H+）=10-5mol/L，pH=-lgc（H+）=-lg10-5=5.48；Zn2+开始沉淀时，c（OH-）===410-8mol/L，c（H+）=10-6mol/L，pH=-lgc（H+）=-lg10-6=6.6；操作B调节的pH范围是：5.48pH6.6。

（5）根据流程，操作C中加入NaOH溶液的目的是：将Ga（OH）3溶解转化为NaGaO2，联想Al（OH）3与NaOH的反应，反应的离子方程式为Ga（OH）3+OH-=GaO2-+2H2O。不能用氨水代替NaOH溶液，原因是：NH3·H2O为弱碱，氨水与Ga（OH）3不反应。根据流程，Fe（OH）3沉淀上吸附的离子有Na+、OH-、GaO2- 等，检验Fe（OH）3洗涤干净只要检验最后的洗涤液中不含OH- 即可，检验Fe（OH）3洗涤干净的操作是：取最后一次洗涤的滤液，用pH试纸测试pH值，若为中性则洗涤干净。

（6）电解NaGaO2溶液生产Ga，Ga元素的化合价由+3价降为0价，GaO2- 转化为Ga为还原反应，电解时还原反应在阴极发生，阴极的电极反应式为：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-。